DE2414218C3

DE2414218C3 - Vorrichtung fur die Ultraschall-Echo-Enzephalographie

Info

Publication number: DE2414218C3
Application number: DE2414218A
Authority: DE
Inventors: Richard 8520 Erlangen Soldner; Alfred 8500 Nuernberg Walz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1974-03-25
Publication date: 1979-10-04
Also published as: GB1502341A; AT350177B; FR2265341A1; FR2265341B1; ATA161375A; US4043321A; SE412310B; SE7503279L; NL7503556A; DE2414218B2; DE2414218A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf c^:ne Vorrichtung für die Ultraschall-Echo-Enzephalographie mit wenigstens zwei Ultraschallköpfen, die zur Ermittlung des theoretischen Mittelechos auf Durchschallungsbetrieb und anschließend zum Erfassen von Schädelechosignalen auf Reflexionsbetrieb schaltbar sind und denen eine Aufzeichnungsvorrichtung für die im Reflexionsbetrieb aus dem Schädel empfangenen Schädelechosignale sowie eine Markiereinrichtung zum Markieren der Position des im Durchschallungsbetrieb ermittelten theoretischen Mittelechos im Echobild der Aufzeich-

M nungsvorrichtung zugeordnet sind.

Das theoretische Mittelecho des Schädels erhält man bekanntlich dadurch, daß zu beiden Seiten des Patientenschädels je ein Ultraschallkopf angesetzt und im Durchschallungsbetrieb das jeweils empfangene

^ Ultraschallsignal vorübergehend auf der Aufzeichnungsvorrichtung, die üblicherweise ein Elektronenstrahloszillograph ist, abgebildet wird. Zum Festhalten dieses Mittelechos für die nachfolgende eigentliche Ultraschall-Echomessung wird dann von Hand über das

f"> Echo eine mechanische oder gegebenenfalls auch elektronische Marke geschoben. Die Einstellung von Hand kann dabei durch den Arzt selbst nicht vorgenommen werden, da er seine beiden Hände zum Anlegen der beiden Schallköpfe benötigt. Es ist hierzu

f>5 vielmehr eine zusätzliche Hilfsperson erforderlich. Das theoretische Mittelecho kann auch automatisch erzeugt und in das Sichtbild eingeblendet werden. So beschreibt beispielsweise die DE-OS 17 66 106 einen Ultraschall-

Echo-Enzephalographen, bei dem die beiden am Schädel des Patienten anzusetzenden Ultraschallwandler mittels Umtastschalter zyklisch in den vier möglichen Betriebsarten, d. h. nämlich

1. Durchschallungsbetrieb Schädelseite rechts,

2. Impulsechobetrieb Schädelseite rechts,

3. Durchschallungsbetrieb Schädelseite links,

4. Impulsechobetrieb Schädelseite links,
umgeschalte? werden. Auf diese Weise ergibt sich also periodischer Anfall des theoretischen Mittelechos dadurch, daß zyklisch von Impulsechobetrieb auf Durchschailungsbetrieb bzw. umgekehrt, umgeschaltet wird. Ein solches Verfahren ist jedoch technisch recht aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß die Fixierung des im Durchschallungsbetrieb erfaßten theoretischen Mittelechos in optimal einfacher Weise geschieht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Markiereinrichtung die Kombination aus einem Zeitmeßglied zum Erfassen der Laufzeit von Ultraschallimpulsen und einem Spannungsimpu'serzeuger umfaßt, der periodisch im Takt der Ultraschallabstrahlung um die vom Zeitmeßglied erfaßte Laufzeit verzögert einen Spannungsimpuls erzeugt, wobei das Zeitmeßglied einen Taktgeber erfaßt, der während der Durchlaufzeit des Ultraschalls durch den zu untersuchenden Sc'hädelteil Taktimpulse in einen Zähler einzählt, sowie einen Speicher beinhaltet, der den jo Zählerstand des Zählers am Ende der Durchlaufzeit speichert, und wobei der Impulserzeuger ein mit Zähler und Speicher verbundener Zählerstandskomparator ist, der bei Reflexionsbetrieb periodisch fortlaufend den neu auflaufenden Zählerstand des Zählers mit dem bei r> Durchschallungsbetrieb eingespeicherten Zählerstand im Speicher vergleicht und der jeweils bei Gleichheit beider Zählerstände den Ausgangsspannungsimpuls liefert, der als Markierimpuls für das theoretische Mittelecho der Aufzeichnungsvorrichtung zugeleitet wird.

Im Vergleich mit dem Enzephalographcr. der DE-OS 17 66106 erfolgt bei vorliegendem Erfindungsgegenstand die periodische Wiedergabe des theoretischen Mittelechos in ganz andersartiger Weise. Gemäß der 4"i Erfindung wird nämlich das theoretische Mittelecho lediglich ein einziges Mal durch eine Durchschallungsmessung vor Übergang auf die eigentliche Impulsechomessung bestimmt. Die eigentliche periodische Wiedergabe zum Zwecke der periodischen Aufzeichnung am so Bildschirm der Oszillographenröhre erfolgt dann durch periodisches Abrufen des gespeicherten theoretischen Mittelechos aus einem Speicher. Hierzu werden jedoch die beim Impulsechobetrieb (Reflexionsbetrieb) anfallenden Zählimpulse eines Taktgebers speziell in einem Zähler gezählt und die sich ergebende Impulszahl dann jeweils mittels eines Spannungskomparators mit dem einmal gespeicherten Zählerstand des Speichers verglichen. Jeweils bei Gleichheit beider Zählerstände erzeugt dann der Komparator einen Ausgangsimpuls, der dann &n als theoretisches Mittelecho in die Bildaufzeichnung eingeblendet wird,

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbin- b^r> dung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführurt^sbeispiel der erfindungsgemä-Beil Vorrichtung im Prinzipschaltbild,

Fig. 2 ein Diagramm der zeitlichen Verläufe der im Prinzipschaltbild nach der Fig. 1 auftretenden wichtigsten Spannungen.

In der Fig. 1 sind mit 1 und 2 Ultraschallköpfe bezeichnet, die in der üblichen Weise z. B. piezoelektrische Kristallplättchen als Ultraschallschwinger aufweisen. In der dargestellten Form dient dabei der Ultraschallkopf 1 allein als Ultraschallsender für Durchschallungsmessungen. Der Ultraschallkopf 2 dient hingegen sowohl als Ultraschallempfänger für den Ultraschallsendeschall des Kopfes 1 bei der Durchschallungsmessiing als auch als Ultraschallsender und -empfänger bei der anschließenden Echomessung zum Erfassen des Ultraschall-Echo-Enzephalogramms (Reflexionsbetrieb). Die beiden Ultraschallköpfe 1 und 2 sind hierbei mittels eines Umschalters 3 (elektronischer Schalter, z. B. Transistorschalter) wahlweise einzeln mit einem Hochfrequenzsender 4 verbindbar, der im Takt eines Sendetaktgebers 5 (ca. 0,5 bis 2 kHz) dem angeschalteten ersten oder zw. ;n Uliraschallkopf Hochirequciuiinpuiiie zu dessen Ertcgi ng zuführt.

Lediglich dem zweiten Ultraschallkopf 2 ist ein Ultraschall-Empfangsverstärker 6 nachgeschaltet, der bei Durchschallungsbetrieb den von diesem Kopf 2 empfangenen Sendeschall des Kopfes 1 bzw. bei reinem Reflexionsbetrieb die vom Kopf 2 nach Aussendung eines Sendeimpulses empfangenen Echoimpulse als entsprechende elektrische Signale verstärkt.

Am Sendetaktgeber 5 sind ferner in Serie zwei monostabile Kippstufen 7 und 8 angeschaltet. Auf diese K-ppstufe folgen ein Taktgeber 9 für Zählimpulse (Taktfrequenz ca. 2 MHz) sowie cm Impulszähler 10. Am Ausgang des Zählers 10 wiederum ist ein Digitalspeicher 11, vorzugsweise ein Speicher-Flip-Flop, zur Speicherung von Zählerständen des Zählers 10 angeschaltet. Ein mit 12 bezeichneter Digitalkomparator dient zum Vergleich der Zählerstände des Zählers 10 sowie des Speichers 11. Bei Gleichstand der beiden Zählerstände erzeugt dieser Komparator 12 an seinem Ausgang 13 jeweils einen Ausgangsimpuls der über e ilen Umschalter 15 sowie gegebenenfalls einem vorgeschalteten Gleichpotentialüberldgerer 14 dem Vertikalablenkplattenpaar 16 einer Elektronenstrahlröhre 17 zuführbar ist. Der Umschalter 15 wird im Takt eines Taktgenerators 18 mit hoher Frequenz (im kHz-Bereich) abwechselnd in die durchgehend gezeichnete und in die gestrichelte Schaltstellung geschaltet. In der gestrichelten Schaltstellung ist dabei das Vertikalablenkplattenpaar 16der Elektronenstrahlröhre 17 jeweils (evtl. über einen weiteren Gleichpotentialüberliagerer 19) mit dem Signalausgang des Ultraschall-Empfangssignalverstärkers 6 verbunden. In dieser Schaltstellung des Schalters 15 werden demnach bei rascher periodischer Horizontalablenkung des Elektronenstrahls der Röhr·· im UltraschallsendetaKt mittels des von den Sendetaktimpulsen des Sendetaktgebe/s jeweils angestoßenen Kippspannungserzeugers 20 für die Honzontalplatten 21 der Elektronenstrahlröhre Yi die vom Empfänger 6 empfangenen UltraschaHsignale als Vertikdlzacken am Röhrenbildschirm abgebildet.

Die Bauteile 22 bzw. 23 betreffen ein elektronisches Tor bzw. einen Schmitt-Trigger. Mit 2K ist ferner ein Verstärker für die am Ausgang des Tores 22 anfallenden Signale bezeichnet. Ein Regelglied 25 regelt in Abhängigkeit von den Signalen des Empfangsverstärkers 6 sowie den Ausgangssignalen des Verstärkers 24 den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers 6 auf höhere oder niedrigere Werte.

Die Funktionsweise der Vorrichtung nach der F i g. 1 wird anhand des Spannungsdiagramms nach der F i g. 2 im folgenden näher erläutert:

Vor Beginn jeder Aufnahme eines Ultraschall-Echo-Enzephalogramms auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 17 wird zur Ermittlung des theoretischen Mittelechos der Ultraschallkopf 1 auf der einen Seite sowie der Schallkopf 2 auf der gegenüberliegenden Seite des Schädels angesetzt. Das Gerät ist auf Durchschallungsmessung geschaltet, d. h. der Schalter 3 befindet sich in der durchgezeichneten Schaltstellung. Demnach sendet der Ultraschallkopf 1 periodisch im Sendetakt des Sendetaktgebers 5 Ultraschallimpulse durch den Schädel in Richtung auf den als Empfänger arbeilenden Ultraschallkopf 2.

Mit jedem Ausgangsimpuls U\ des Sendetakterzeugers 5 wird ferner die monostabile Kippstufe 7 in den instabilpn Zustand ^vCrSCtZt. die däfSlifhin £!Γΐ€Ώ Ausgangsimpuls entsprechend Ui(t) gemäß F i g. 2 erzeugt. Am Ende dieses Impulses £/₂ wird dann die monostabile Kippstufe 8 angestoßen, die einen Ausgangsimpuls U₃(I)gemäß Fig.2 erzeugt. Die Zeitintervalle der Instabilität beider monostabiler Kippstufen 7 und 8 sind dabei so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß der Ausgangsimpuls U₃ der Kippstufe 8 gerade während einer solchen Zeitdauer auftritt, in der der vom Ultraschallkopf 1 ausgesendete Ultraschall eine bestimmte zu untersuchende Schädelstrecke durchläuft. Vorzugsweise sollte der Ausgangsimpuls U₃ der monostabilen Kippstufe 8 die Untersuchungsbreite im Schädelhirn auf Werte im Bereich zwischen 60 mm bis 200 mm eingrenzen.

Der Ausgangsimpuls U₃ der monostabilen Kippstufe 8 versetzt nun einerseits das bis dahin geschlossene elektronische Tor 22 für die Dauer des Impulses U₃ in den geöffneten Zustand. Ein während dieser Öffnungszeitdauer des Tores 22 am Empfänger 6 empfangene Ultraschallimpuls kann damit das Tor 22 ungehindert durchlaufen. Mit Beginn des Impulses U₃ der Kippstufe 8 wird jedoch andererseits auch der Taktgeber 9 gestartet, der nun mit hoher Frequenz (2 mHz) Impulse U*(tJ in den Impulszähler 10 einzählt. Die Einzahlung dieser Impulse in den Zähler 10 geschieht dabei solange, bis der vom Ultraschallkopf 1 in den Schädel abgestrahlte Ultraschallimpuls auf den Ultraschallkopf 2 auftrifft. Der in diesem Augenblick erzeugte Ausgangsimpuls Us(t) des Empfangsverstärkers 6 10

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schaltet nunmehr über das geöffnete elektronische Tor 22 (nach Verstärkung im Verstärker 24) sowie über den Schmitt-Trigger 23 (U₆(l))den Speicher 11 in dem Sinne, daß dieser den bis zum Auftrittszeitpunkt des Empfangsimpulses aufgelaufenen Zählerstand des Zählers 10 abrupt übernimmt und speichert. Gleichzeitig erfaßt auch der Komparator 12 den Zählergleichstand zwischen Zähler 10 und Speicher 11 und erzeugt erstmalig an seinem Ausgang 13 einen Markierimpuls Ui fürdie Lage des theoretischen Mitielechos.

Anschließend beginnt die eigentliche Aufnahme des Ultraschall-Echo-Enzephalogramms im Reflexionsbetrieb. Hierzu wird der Schalter 3 in die gestrichelte Schaltstellung umgeschaltet. Der Ultraschallkopf 1 wird Vom Schädel abgesetzt und der Ultraschallkopf 2 arbeitet nun wechselweise als Ultraschallsender und Echoimpulsempfänger. Mit jedem Auftritt eines Sende-

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7 und 8 der Zähler 9 in der oben beschriebenen Weise heu gestartet und somit entsprechend in jeder Sende-Empfangsperiode der Zähler 10 hochgezählt. Jeweils in dem Augenblick in dem der Zählerstand des Zählers 10 dem gespeicherten Wert des Speichers II entspricht, erzeugt der Komparator 12 wiederum seinen Ausgangsimpuls Ui. Periodisch im Takt der Ultraschallabstrahiung wird demnach ein Markierimpuls Ui für das theoretif .he Mittelecho erzeugt, wobei die Erzeugung jeweils um die bei Durchschallung gemessene Durchlaufzeit des Ultraschalls durch den Schädel gegenüber dem Ausgangsimpuls U₃ der moncstabilen Kippstufe 8 verzögert erfolgt.

Durch wechselweises Umschalten des Umschalters 15 zwischen der Spur der Echoimpulse und der Spur des Markierungsimpulses ergibt sich somit am Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 17 das erwünschte Echobild (Echo-Enzephalogramm) zusammen mit dem eingeblendeten Markierimpuls, der die Lage des theoretischen Mittelechos wiedergibt. Die Spuren der Echoimpulse sowie des Markierimpulses können dabei dieselbe

-to Nullinie aufweisen. Durch Überlagerung mit unterschiedlichen Gleichpotentialen durch die GleichDotentialerzeuger 14 bzw. 19 können die Nullinien jedoch auch gegeneinander verschoben sein. Entsprechend kann der auf dem Bildschirm der Röhre 17 nach der Fig. 1 mit negativer Polarität abgebildete Markierimpuls auch politive Polarität aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 24 1 Λ Ο1 Q

1. Vorrichtung für die Ultraschall-Echo-Enzephalographie mit wenigstens zwei Ultraschallköpfen, die zur Ermittlung des theoretischen Mittelechos auf Durchschallungsbetrieb und anschließend zum Erfassen von Schädelechosignalen auf Reflexionsbetrieb schaltbar sind und denen eine Aufzeichnungsvorrichtung für die im Reflexionsbetrieb aus dem Schädel empfangenen Schädelechosignale sowie eine Markiereinrichtung zum Markieren der Position des im Durchschallungsbetrieb ermittelten theoretischen Mittelechos im Echobild der Aufzeichnungsvorrichtung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiereinrichtung die Kombination aus einem Zeitmeßglied zum Erfassen der Laufzeit von Ultraschallimpulsen und einem Spannungsimpulserzeuger umfaßt, der periodisch im Takt der Ultraschallabstrahlung um die vom ZeitmeßgJ^;"d erfaßte Laufzeit verzögert einen Spannungsimpuls erzeugt, wobei das Zeitmeßglied einen Taktgeber (9) umfaßt, der während der Durchlaufzeit des Ultraschalls durch den zu untersuchenden Schädelteil Taktimpulse (Ut) in einen Zähler (10) einzählt, sowie einen Speicher (11) beinhaltet, der den Zählerstand des Zählers am Ende der Durchlaufzeit speichert, und wobei der Impulserzeuger ein mit Zähler (10) und Speicher (11) verbundener Zählerstandskomparator (12) ist, der bei Reflexionsbetrieb periodisch fortlaufend den neu auflaufenden Zählerstand des Zählers (10) mit dem bei Durchscnallungsbetrieb eingespeicherten Zählerstand im Speicher \i\) vergleicht und der jeweils bei Gleichheit beider Zählerstände den Ausgangsspannungsimpuls (Uf) liefert, d r als Markierimpuls für das theoretische Mittelecho der Aufzeichnungsvorrichtung(17) zugeleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (9) durch den Ausgangsimpuls (Uj) einer bei Eintritt des Ultraschalls in das Schädeluntersuchupgsgebiet in den instabilen Zustand versetzten monostabilen Kippstufe (8) gestartet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite monostabile Kippstufe (7) vorhanden ist, die periodisch mit der Ultraschallabstrahlung in den instabilen Zustand (Ui) versetzt wird, und die mit dem Rückkippen in den stabilen Zustand jeweils die erste monostabile Kippstufe (8) anstößt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle der Instabilität beider monostabiler Kippstufen so gewählt und aufeinander abgestimmt sind, daß Beginn und Ende des Ausgangsimpulses (U₁) der ersten Kippstufe (8) j.eweils die Zeitpunkte des Ultraschalleintritts in den und in etwa auch des Ultraschallaustritts aus dem zu untersuchenden Schädelteil festlegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kippstufe (8) so einstellbar ist, daß deren Ausgangsimpuls (U3) die Untersuchungsbreite im Schädelhirn auf Werte im Bereich zwischen 60 mm bis 200 mm eingrenzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (11) zur Übernahme des bei der Durchschallungsmessung angelaufenen Zählerstandes des Impulszählers (10) im Augenblick des Eintreffens des Sendeschalls am

Empfangskopf (2) durch das empfangene Ultraschallsignal (Us) aktiviert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Empfangssignal (Us) den Speicher £11) über einen Schmitt-Trigger (23) od. dgl. zur Übernahme des Zählerstandes des Zählers (10) aktiviert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein dem Speicher \11) bzw. dem Schmitt-Trigger (23) vorgeschaltetes elektronisches Tor (22), das durch die erste monostabile Kippstufe (8) mit Beginn deren instabiler Phase zur Weiterleitung der empfangenen Ultraschallsignale an den Speicher (11) bzw. an den Schmitt-Trigger (23) geöffnet und mit Ende der instabilen Phase wieder geschlossen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Verstärker (24) für die vom elektronischen Tor (22) durchgelassenen Ultraschallsignale sowie ein Regelglied (25), das in Abhängigkeit von der Amplitude der Ausgangssignaie des Empfangs Verstärkers (6) sowie des Verstärkers (24) den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers (6) zu höheren oder niedrigeren Werten regelt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (10) ein Digitalzähler ur.d der Speicher (11) ein Digitalspeicher, vorzugsweise Speicher-Flip-Flop, ist

U. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstandskomparator (12) ein Digitalkomparator ist, der unmittelbar die in digitaler Form anfallenden Zählerstände des Digitalzählers (10) und des Digitalspeichers (11) miteinander vergleicht.